节能型四通道低边智能电源开关

I.前言

本文介绍一款单片高速(fSW高达100kHz)四通道低边开关。该产品能够驱动任何类型的负载(阻性负载、感性负载和容性负载)，开关一侧连接电源电压(Vcc)。

该开关是IPS4260L，单片集成了四条45V功率MOSFET通道（在25摄氏度时Rds(on) 典型值260mΩ）以及逻辑接口、栅驱动器、保护和诊断功能。IPS4260L采用Jedec标准HTSSOP 20引脚微型功率封装。

该器件采用意法半导体的Multipower-BCD工艺设计制造。Multipower-BCD是一项智能功率技术，可以在同一芯片上集成控制单元和功率级。

II.IPS4260L框图

图1所示是该器件的工作原理框图。从框图中可以看出，每条通道都配备全面的保护功能，包括欠压锁定、独立结过热保护、可设置限流（使用ILIM引脚和SGND之间连接的外部电阻RLIM设置限流）、感性钳位（典型值58V） 和电源轨断开保护。

图1：IPS4260L框图

电源轨之间连接一个齐纳二极管或TVS二极管，以快速释放感应电能（见下图），也可以将Vz引脚连接到电源轨，缓慢释放感应电能。

图2：基于IPS4260L的快速退磁大感性负载驱动电路

欠压保护可以避免电源电压非常低的异常操作，而接地断开保护可以在接地断开时立即关闭功率级，避免开关被击穿损坏。

每个通道过热关断结温都是160°C (典型值)，可以防护常见的过载情况。

开关的输入模块是TTL/CMOS兼容输入/输出，能够最大限度减少输入开关次数，并可以通过串联电阻连接光耦。

当通道导通时，输入高电平的最低电压大于 2.0V。当通道是短路关闭或过热关断状态时，相关输入引脚通过开漏晶体管在内部关断。

开漏共用状态引脚能够直接驱动一个发光二极管（LED），指示关闭保护或结过热关断（FLT引脚）和断态开路负载或接地短路（ OL针）状态。

III.非耗散性短路

如前所述，IPS4260L器件可使用一个外部电阻设置片上集成的限流保护功能。

除每个通道的结过热保护和结温检测功能外，IPS4260L还集成了所谓的“非耗散性短路模块”，旨在抑制开关的整体耗散功率。当大量通道过载而导致开关温度骤升时，这一额外保护功能可以避免PCB性能降低。

实际上，在过载情况下，输出电流被限制为ILIM，持续时间为(tCOFF)，限流值用连接在CoD引脚和SGND引脚之间的外部电阻(RCoD)来设定（见图1或图2）。通道关闭一段

时间(tRES)后，自动重新导通，保持通道结温低于TJSD（关断结温）。

图4所示是过载期间的过热电压波形。VINX表示INx引脚电压，每当FLT引脚电压下降，VINX就会下降，而MCUx电压保持恒定

如果结温达到TJSD，过载通道只有在结温降至TJSD - TJHYST（复位温度）后才会重新导通。需要强调的是，过热保护仅干预过载通道; 非过载通道继续正常运行。

IV.断态开路负载检测

为了检测断态下的开路负载故障，必须在PGND引脚和输出引脚之间连接一个下拉电阻（见图5）。在功能正常情况下，电流流过下拉电阻和负载组成的网络。负载两端的电压小于最小开路负载电压，OL引脚保持高电平。

图5：断态网络中的开路负载检测

当其中一个输出发生开路负载事件时，相关输出引脚的电压将会上升到一个小于最低开路负载电压的数值，在消隐时间(tBKT)结束后，通过OL引脚报告故障，以降低噪声干扰导致的误报，这时，OL引脚变低电平，发出开路负载信号。